La microfluidica rende la microscopia a super-risoluzione riproducibile e facile da usare
Un team di ricerca internazionale guidato dall'Università di Göttingen progetta un sistema di imaging versatile
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Capire come sono organizzate le cellule e come i loro componenti molecolari interagiscono in modo coordinato e cooperativo è un obiettivo centrale delle moderne scienze della vita. Per rispondere a queste domande, i ricercatori devono osservare contemporaneamente molte strutture all'interno della stessa cellula e mappare la loro disposizione e interazione. Ciò richiede la "microscopia a super-risoluzione multiplexata", un approccio di imaging avanzato che rivela dettagli cellulari ben oltre i limiti dei microscopi a luce convenzionali. Tuttavia, i metodi esistenti sono spesso tecnicamente impegnativi, difficili da riprodurre e poco adatti a campioni biologici fragili. Un gruppo di ricerca internazionale guidato dall'Università di Gottinga, insieme all'University Medical Center di Gottinga (UMG), nell'ambito del Cluster of Excellence di Gottinga "Multiscale Bioimaging: From Molecular Machines to Networks of Excitable Cells" (MBExC), ha cercato di superare queste limitazioni. Il team ha sviluppato un sistema microfluidico dedicato che rende la microscopia a super-risoluzione multiplexata più facile, riproducibile e accessibile a una comunità più ampia. Il lavoro è stato pubblicato sulla rivista ACS Nano.
Immagine a super-risoluzione multipla di target all'interno della stessa cellula U2OS, realizzata con il sistema microfluidico di nuova concezione. Le molecole target nel campione sono etichettate con DNA con sequenze diverse ma dello stesso colore. Le diverse proteine target possono essere localizzate con precisione nanometrica e sovrapposte per creare un'immagine finale.
Adapted from the original publication in ACS Nano (2026). DoI: 10.1021/acsnano.5c18697
Per capire veramente come funziona una cellula, gli scienziati devono visualizzare non solo un componente alla volta, ma molte proteine e strutture specializzate contemporaneamente e vedere come interagiscono all'interno della cellula. Inoltre, questi esperimenti diventano sempre più complessi e sensibili a piccole variazioni, che possono limitare la riproducibilità. Il nuovo sistema microfluidico inietta e rimuove con precisione le soluzioni dalla camera di campionamento, sostituendo il pipettaggio manuale con una manipolazione controllata e riproducibile dei fluidi. "Il sistema che abbiamo sviluppato ci permette di mantenere un'elevata qualità dell'immagine per lunghi cicli di imaging", spiega il dottor Samrat Basak, primo autore e ricercatore post-dottorato presso la LMU di Monaco. "Mantenendo le condizioni coerenti tra le diverse fasi di etichettatura e lavaggio, la piattaforma microfluidica consente di mappare direttamente le informazioni provenienti da diversi target, rendendo possibile l'immagine di proteine, strutture specializzate e interazioni complesse all'interno della cellula". I ricercatori hanno dimostrato questa tecnica in cellule tumorali umane, rivelando l'organizzazione dei filamenti proteici all'interno della cellula. Il team ha anche applicato il metodo a cellule muscolari specializzate isolate dai ventricoli di un cuore di topo. "Le fragili e specializzate cellule muscolari del cuore sono particolarmente difficili da fotografare", spiega il primo autore Kim-Chi Vu, UMG e MBExC. "Il sistema microfluidico era essenziale per completare l'imaging senza deformare le cellule o staccarle dalla superficie".
La nuova macchina può essere utilizzata in modalità manuale o automatizzata ed è compatibile con un'ampia gamma di sistemi di imaging. "L'idea principale era quella di sviluppare un sistema efficiente dal punto di vista dei costi, adattabile e riprogettabile in base alle esigenze specifiche di imaging di sistemi biologici complessi", spiega il dottor Roman Tsukanov, ricercatore post-dottorato senior dell'Università di Göttingen. "Automatizzando lo scambio di fluidi, abbiamo eliminato un'importante fonte di variabilità e reso i complessi protocolli di imaging molto più facili da usare".
"Questo approccio contribuirà a standardizzare l'imaging a super-risoluzione multiplexato e a renderlo ampiamente accessibile, a beneficio sia della ricerca che delle applicazioni mediche", aggiunge il professor Jörg Enderlein della Facoltà di Fisica dell'Università di Göttingen.
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